بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق، ما یک ساختار شیاری- حلقوی با اثر متقابل کم، جهت کاربری حسگر تسهیم شده، ارائه دادهایم. طرح پیشنهادشده بر اساس یک آرایش سهتایی از شیار - حلقه است و ورودی/خروجی، موجبرهای تزویجی از طریق ایجاد نقص خطی هستند. هر کاوک شیاری- حلقوی دارای فضای کاوک کمی متفاوت و فرکانس تشدید متفاوت هستند. نتایج بهدستآمده توسط شبیهسازی دوبعدی مشخص میکند که فرکانسهای تشدید هر حسگر در پاسخ به تغییرات ضریب شکست مستقل هستند.
حساسیت ضریب شکست 79,2a81,8 nm/RIU و ضریب کیفیت بیشتر از 2400 را میتوان به دست آورد. حد آشکارسازی محاسبهشده کمتر از 5,86×10-7 بهدستآمده است. علاوه بر این یک اثر متقابل بسیار کوچک از طریق آرایش سه کاوک شیار-حلقوی به دست میآید. نتایج نشان میدهد که این نوع حسگر تسهیم شده یک سطح امیدبخش برای ادوات مجتمع نوری است و آشکارسازی در سطح عالی را ممکن میسازد.
.1 مقدمه
ادوات مجتمع نوری مبتنی بر کریستال فوتونی - PhCs - یک سطح امیدبخش برای مجتمع سازی با تراکم بالاست که بهطور قابلتوجهی تعامل نور-ماده را افزایش میدهد .[1-3] در سالهای اخیر یک گستره وسیعی از کاربردهای آن شامل سوییچهای نوری 4]،[5، دیودهای گسیل نوری [6]، لیزرها 7]،[8، گیتهای منطقی تمام نوری 9]،[10، فیلترها 11]،[12، اسپیلیترهای توان - تقسیمکنندهها - 13]،[14 و مدولاتورهای با بازدهی بالا [15-17] ارائه و نشان دادهشده استمخصوصاً.، میکرو کاوکهای PhC با معماری متنوع، توجه بسیار زیادی را در حسگری مولکول به دلیل اندازه فشرده خود، حد آشکارسازی پایینDL و حساسیت بالا - S - جلب کرده است.
بنابراین، از زمانی که اندازه حسگرهای فوتونی تقرباًی سه مرتبه کوچکتر از حسگرهای مجتمع نوری تجاری شده است،PhC یکبعدی،PhC دوبعدی، کاوکهای سه خطی L3، موجبرهای شیاری و کاوکهای حلقوی، بهطور گسترده برای کاربرد حسگری موردمطالعه قرارگرفته است.
در این ادوات، نور میتواند برای آشکارسازی تغییر ضریب شکست داخل کاوک استفاده شود. برای استفاده بهمنظور یک میشود و وقتیکه ضریب شکست محیط کاوکها تغییر میکند، طولموج تشدید، شیفت پیدا میکند بنابراین ضریب محیط میتواند با اندازهگیری شیفت طولموج از طریق یک اسپکترومتر مشخص شود .[18] علاوه بر این، بیشتر این طراحیها بر روی یک تک حسگر تمرکز میکند و این هدف که تعدادی از نمونهها در یک زمان بررسی شوندنسبتاً کمتر است.
محصول بعدی سطوح حسگر بایو میبایست درجه بالایی از قابلیت تسهیم شدن را داشته باشند. اگر تعداد بیشتری از نشانههای بیماری بتواند بررسی شود، اطلاعات بیشتری در مورد آن بیماری به دست میآید.
قابلیت تسهیم شدن که برای آشکارسازی عامل بیماری بکار میآید، نهتنها برای غربال کردن تعداد زیادی از عوامل بیماری که در یک نمونه دادهشده متفاوت، نیاز است بلکه برای تهیه اطلاعات ویژه و تکمیلی مربوط به آن بیماری نیز استفاده میشود. بهطور مثال، اطلاعات تکمیلی در ویروسشناسی برای کشف ویروس و طراحی واکسن متناسب با آن بسیار مهم است؛ بنابراین، اخراًی، حسگرهای PhC برای غلبه بر این نارساییها و تحقق بایوحسگر چندتایی پیشنهاد و نشان دادهشده است.
این تحقیقاساساً یک آرایش حسگر تسهیم شده، با اثر متقابل بسیار کم - low crosstalk - از طریق طراحی یک ساختار آرایشی شیاری-حلقوی ارائه میکند. قطعه پیشنهادشده شامل یک آرایشی از سه کاوک شیاری - حلقوی با ضریب کیفیت - - Q بالاتر از 2400 است که با تنظیم پهنای شیار - حلقهی هر کاوک، فضای کاوکی متفاوت و پیکهای تشدیدی متفاوت ایجاد میشود. وقتیکه ضریب شکست محیط کاوک تغییر میکند، پیکهای تشدیدی بهطور مستقل شیفت پیدا میکنند.
با استفاده از محاسبات FDTD و در نظر گرفتن اینکه ضریب شکست محیط از 1,33 به 1,377 تغییر کند، حساسیت ضریب شکست - S - ،79,22a81,8 nm/RIU است و بهطور همزمان حد آشکارسازی - DL - محاسبهشده کمتر از5,86×10-7 به دست میآید. علاوه بر این، نتایج نشان میدهد که این آرایش حسگری تسهیم شده، یک سطح امیدبخش برای ادوات نوری مجتمع است و آشکارسازی موازی بسیار خوبی را ممکن میسازد.
.2 طراحی حسگرهای مجتمع شیاری-حلقوی کریستال فوتونی
آرایش حسگر مجتمع شیاری B حلقوی کریستال فوتونی با مقیاس نانو - PhCRSSA - در شکل 1 نشان دادهشده است. همانطور که در این شکل دیده میشود، حفرههای هوا با شبکه مثلثی در سیلیسیوم قرار دادهشده است PhCRSSA. - nsi=3.48 - پیشنهادشده شامل دو کاوک شیاری - حلقوی - PhCRSS1,PhCRSS2 - است که شش حفره هوا برداشتهشده و یک شیار - حلقه در مرکز ساختار حکاکی شده و نور به داخل ورودی کوپل میشود و از هر کاوک شیاری - حلقوی، از طریق یک موجبر نقص خطی، خارج میشود. ثابت شبکه a برابر با378 nm و شعاع حفرههای هوا r =0,34a = =128,5nm است. در PhCRSSA برای به دست آوردن فضای کاوک شیاری-حلقوی تشدیدی و پیکهای تشدیدی اندکی متفاوت، عرض هر شیار-حلقه،مستقلاً طراحی میشود.
شکل -1 حسگر تسهیم شده با ساختار شیاری-حلقوی
همانطور که در شکل 1 دیده میشود، پارامترهای مخصوص PhCRSSA بدینصورت است:
ما برای افزایش بازدهی انتقال درPhCRSS1 و PhCRSS2، محل حفرههای سیاه هوا را تغییر میدهیم و نتایج بهینه به دست میآوریم. مقدار فاصلهای که حفرههای سیاه هوا جابجا میشوند بدینصورت است:
شیار-حلقه هر کاوک تشدید و حفرهی هوای واقع در مرکز آن، بهعنوان ناحیه عملکردی بکار گرفتهشده که ضریب شکست حفرهی هوا و شیار-حلقه در این ناحیه، بهمنظور تحقیق در مورد حساسیت و اثر متقابل حسگرها بر رویهم تغییر میکند. طیف انتقال خروجی بهدستآمده برای دو کاوک شیار-حلقه در شکل 2 نشان دادهشده است. همانطور که در شکل 2 دیده میشود، طیف انتقالی پیکهای تشدیدی در 1398,6nm و 1420nm در محیط آب =1,33 - ض.ش - به ترتیب با خط آبی و خط سبز مشخصشده است. ضریب کیفیت دو پیک برابر با 2424,1 است.
